Der natürliche Klimawandel – ein kurzer Überblick
Dr. Stefan Uhlig, Dipl.-Geol.
Während den letzten 2½ Jahrmillionen gab es über 20 natürliche Zyklen von Warm- und Eiszeiten, wobei die wärmsten Zwischeneiszeiten jeweils meistens nur 10.000-20.000 Jahre und jede der großen Eiszeitperioden jedoch rund 100.000 Jahre anhielten. Die Wechselspiele der natürlichen Klimawandel der letzten Jahrmillionen erreichte Temperaturamplituden von bis zu 10-15°C.
Während den Eiszeiten akkumulierten sich auf den Polkappen und in den Gebirgen der höheren geographischen Breiten mehrere Kilometer dicke Eispanzer, da dort die Niederschläge überwiegend als Schnee fielen. Dadurch wurden den Ozeanen riesige Mengen an Wasser entzogen, was zum Absinken des Meeresspiegels um bis über 130-140 Meter führte. Durch die erhöhten Temperaturen während den warmen Zwischeneiszeiten (wie heute) schmolz mehr als die Hälfte der eiszeitlichen Eispanzer ab und ließ den Meeresspiegel erneut bis auf das heutige Niveau ansteigen, in früheren Zwischeneiszeiten teilweise auch darüber. Infolge der schwankenden Temperaturen der natürlichen Klimawandel rückten die Gebirgsgletscher unzählige Male vor und wieder zurück, die Baumgrenzen in den Gebirgen senkten sich viele Hunderte von Höhenmeter und stiegen wieder an, die kälteliebenden borealen Baum- und Straucharten und Tundra-Vegetationen rückten vor allem auf der Festland-reichen Nordhalbkugel der Erde viele Hunderte von Kilometer nach Süden und erneut zurück nach Norden, wie auch das Packeis des Nordmeeres und die Grenzen der Permafrostgebiete.
Der Hängegletscher am nördlichen Gipfelhang der Grande Motte (3.653 Meter ü.d.M., Savoyen, Frankreich) ist nur ein Beispiel für den randlichen Rest des mächtigen eiszeitlichen Isère-Gletschers Die oft bizarren Felsgrate wurden vom Gletschereis, das in den Alpen Mächtigkeiten von über 2.000 Metern erreichte, herausmodelliert.
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| Abbildung: (c) 2023 Dr. Stefan Uhlig |
Dies bedeutet, dass sich die Klimazonen der Erde periodisch verschieben, infolge der ständigen Änderung der Temperaturen an der Erdoberfläche, welche primär von der Sonnenenergie, die die Erde erreicht, sprich von der Gesamt-Sonneneinstrahlung, abhängt. Diese wiederum wird ausgesteuert von astro- und heliophysikalischen Parametern. Zu den heliophysikalischen Parametern zählen die Intensitätsschwankungen der pulsierenden Sonne mit einem Grundzyklus von im Mittel 11 Jahren, was über die Beobachtung der Anzahl der Sonnenflecken seit vielen Jahrhunderten dokumentiert ist.
Die Menge der primären Sonnenenergie, die die Erde erreichen kann, wird jedoch durch die sich periodisch ändernden Bahnparameter der Umlaufbahn der Erde um die Sonne beeinflusst.
Die sich zyklisch ändernde Entfernung der Erde zur Sonne, die im Extremfall bei einer weniger kreisförmigen Umlaufbahn der Erde im Laufe eines Jahres zwischen rund 140,6 und 158,6 Millionen Kilometer schwanken kann, …
… die oszillierende Neigung der Erdrotationsachse, die zwischen 22,1° und 24,5° pendelt, und deren Taumelbewegung führen zu den permanenten Klimawandel der Erde mit Zyklen von einigen bis mehreren Jahrzehntausenden Dauer …
von sich abwechselnden länger anhaltenden Eiszeiten und kürzeren und deutlich wärmeren Zwischeneiszeiten. Die Ozeane, die fast 71 % der Erdoberfläche ausmachen und über enorme Wärmespeicherkapazitäten für die von der Sonne kommende Energie verfügen, regulieren das Temperatur- und Wettergeschehen in den unteren Bereichen der Erdatmosphäre, weshalb bei der Klimadiskussion immer ganzheitlich das komplexe und vielseitige System Sonne – Ozean – Atmosphäre betrachtet werden muss.
Die charakteristische chemische Zusammensetzung der gasförmigen Erdatmosphäre, die Existenz von aus Wasser bestehenden Ozeanen, im Gegensatz zu unseren Nachbarplaneten, und dem dadurch hohen Anteil von Wasserdampf und Wolken in der unteren Erdatmosphäre, wo das Wettergeschehen stattfindet, machen die Erdoberfläche für uns bewohnbar. Daran können auch Spurengase der Atmosphäre wie CO2, mit Konzentrationen von 0,04 %, oder Methan, mit Gehalten von kaum 0,0002 %, nichts ändern. Im Vergleich zu Wasserdampf kann CO2 nur in wenigen kleinen Wellenlängenbereichen Wärmestrahlung absorbieren, Methan in einem noch engeren Wellenlängenbereich, weshalb diese Spurengase so gut wie irrelevant sind für die Gestaltung des Wetters oder gar des Klimas. Es sind hauptsächlich die Wolken aus kleinsten Regentröpfchen oder Eiskristallen, die die Sonnenenergie streuen oder zurück in den Weltraum reflektieren können, oder von der Erdoberfläche aufsteigende Wärme daran hindert ins Weltall zu entweichen, gleichsam einer Decke, die die Wetter- und Klimaentwicklung der Erde wesentlich aussteuern.
Im Laufe der Erdgeschichte sind die CO2-Konzentrationen infolge sehr intensiver untermeerischer und kontinentaler Vulkantätigkeiten über Jahrmillionen hinweg auf Konzentration von mehreren Promille angestiegen, das heißt auf über das Zehnfache der heutigen CO2-Werte in der Atmosphäre.
Aber jedes Mal gelang es dem System Sonne – Ozeane – Atmosphäre diese hohen CO2-Gehalte der Atmosphäre wieder abzubauen. Deshalb besteht auch kein Anlass zur Annahme eines Klimakipppunkts als „point of no return“.
Über die Temperatursteuerung (durch die Sonne) der riesigen ozeanischen Wassermassen können diese während Kaltzeiten riesige Mengen an CO2 aufnehmen. Wie auch die Pflanzen und bestimmte Bakterienarten enorme Mengen an CO2 bei ihrer Photosynthese zum Aufbau von Biomasse verbrauchen. Auch die Bildung von Karbonat-haltigen Sedimenten und die Inkorporation von Karbonaten in Tieren sind Teil des CO2-Kreislaufes. Die Konzentrationen von CO2 und Methan in der Atmosphäre hängen ab von der Temperaturentwicklung der Ozeane und der Atmosphäre. Während den Warmzeiten erwärmen sich die Ozeane und geben in ihnen gelöstes CO2 an die Atmosphäre ab.
Vor allem die CO2-Konzentration läuft dabei der Temperaturentwicklung der Ozeane und der Atmosphäre mehrere Jahrhunderte hinterher, nicht umgekehrt!
Deshalb werden die CO2-Gehalte in der Erdatmosphäre auch noch einige Jahrzehnte weiter ansteigen im Nachlauf der Temperaturerhöhungen der Ozeane und der Atmosphäre der letzten Jahrhunderte seit der letzten Kleinen Eiszeit Mitte des letzten Jahrtausends, nicht aber wegen anthropogenen CO2-Emissionen, deren Anteil an den aktuellen CO2-Gehalten der Atmosphäre im unteren einstelligen Prozentbereich liegt.
Nachfolgende Tabelle zeigt eine vereinfachte Übersicht der wechselnden Kalt- und Warmzeiten der letzten 885.000 Jahre mit der klassischen Nomenklatur der verschiedenen eiszeitlichen Epochen. Die Warmzeiten sind rötlich, die Kaltzeiten bläulich unterlegt. Leicht heller unterlegt sind die wärmeren (Klima-Optima) und kälteren (Klima-Pessima) Perioden des aktuellen Holozäns, das vor annähernd 12.000 Jahren begann, am Ende der letzten Eiszeit. Die unterschiedlichen Warm- und Kaltphasen werden in der modernen Klimaforschung über Marine-Isotopen-Stadien (MIS) durchnummeriert. In der rechten Spalte sind die entsprechenden Meeresspiegelhöhen im Vergleich zu heute angegeben.
Ähnlich den Klimakonditionen der letzten großen Warmzeit des Eem-Interglazials vor 126.000–115.000 Jahren, das heißt vor der letzten über 100.000 Jahre andauernden letzten großen Würm-Eiszeit, wurde vermutlich schon vor 8.000-5.000 Jahren, während des Klima-Optimums des Altantikums, das Temperatur-Maximum der aktuellen Zwischeneiszeit des Holozäns überschritten.
Die Stagnationen des globalen Temperaturanstiegs von Ende der 1990er Jahre bis Mitte der 2010er Jahre, wie auch der Rückgang der globalen mittleren Temperaturen in den Jahren 2018 und 2021, im Vergleich der jeweiligen Vorjahre, sind untrügliche Hinweise, dass das Klima-Optimum der Moderne so gut wie erreicht ist und die Erde zunächst in den nächsten Jahrhunderten einem neuen Klima-Pessimum, ähnlich dem der Kleinen Eiszeit, entgegengeht, bevor die Erde in den nächsten Jahrtausenden wieder in die nächste große Eiszeit abtauchen wird.
